Name: selective area modification of silicon surface wettability by pulsed uv laser irradiation in liquid environment
Uploaded: 2015-11-09T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment at JoVE.com

This work was supported by the Natural Science and Engineering Research Council of Canada (Discovery Grant No. 122795-2010) and the program of the Canada Research Chair in Quantum Semiconductors (JJD). The help provided by Xiaohuan Xuang, Mohamed Walid Hassen and technical assistance of Sonia Blais of the Universit&#233; de Sherbrooke Centre de caract&#233;risation de mat&#233;riaux (CCM) in collecting XPS data are greatly appreciated. NL acknowledges the Merit Scholarship Program for Foreign Student, Fonds de recherche du Qu&#233;bec - Nature et technologies, for providing a graduate student scholarship.

1. Prøvefremstilling <ol><li> Brug en diamode skrift til at spalte et n-type (P-doteret) ensidigt poleret Si wafer (resistivitet 3.1 ~ 4.8 Ω.m), som er 3 tommer i diameter, 380 um tyk, i prøver af 12 mm x 6 mm; Rengør prøverne i OptiClear, acetone og isopropylalkohol (5 min for hvert trin). </li><li> Etch prøver i en ~ 0,9% HF opløsningen i 1 min at ætse væk oprindelige oxid; skylles i demineraliseret vand og tørres i høj renhed (99,999%) nitrogen (N2). </li><li> Opbevar forberedt prøver i ...

Vi har foreslået en protokol af UV laser bestråling af Si wafer i en mikrofluid kammer fyldt med lav koncentration af H 2 O 2-opløsning for at fremkalde en super-hydrofil Si overflade, som hovedsagelig skyldes dannelsen af Si-OH. UV-laser fotolyse af H 2 O 2 skulle danne negativt ladede OH - radikaler. Også, UV laser fotoelektriske effekt fører til dannelse af en positivt ladet overflade 37. Derfor er interaktion af disse negative OH - grupper med en...

De bemærkelsesværdige elektroniske og kemiske egenskaber samt dens høj mekanisk styrke har gjort silicium (Si) et ideelt valg for mikroelektroniske anordninger og biomedicinske chips 1. Selektiv område kontrol af Si overfladen har fået betydelig opmærksomhed til applikationer, der involverer mikrofluide og lab-on-chip-enheder 2,3 .Dette er ofte opnås enten ved nanoskala modifikation af overfladen ruhed eller ved kemisk behandling af overfladen 4. Overfladen ru eller mønster til at producere uordnede eller ordnede overfladestrukturer på Si overfladen omfatter fotolitografi 5, ionstråler litografi 6 og laser teknikker 7. Sammenlignet med disse metoder, er laser overfladestruktur processen rapporteret at være mindre kompliceret med potentiale til at producere mikrostrukturer med høj rumlig opløsning 8. Men som Si har en forhøjet teksturering tærskelværdi, kræver bestråling med puls indflydelse påfremkalde overflade teksturering, der overstiger dens ablation tærskel (~ 500 mJ / cm2) 9, har teksturering af Si overfladen ofte blevet bistået af ansætte reaktive gasatmosfærer, såsom at et højt tryk SF 6 miljø 4,7,8. Derfor at ændre befugteligheden af Si overfladen, har mange værker fokuseret på kemisk behandling ved at deponere organiske 10 og uorganiske film 2, eller ved hjælp af plasma eller elektronstråle overfladebehandling 11,12. Det erkendes, at hydrofiliciteten af Si, der hidrører fra tilstedeværelsen af ental og associerede OH-grupper på sin overflade kan opnås ved kogning i en H2O 2-opløsning ved 100 ° C i flere minutter 13. Men de hydrofobe Si overfladetilstande, hvoraf de fleste er på grund af tilstedeværelsen af Si-H eller Si-O-CH 3 grupper, kunne opnås ved vådkemisk håndtering involverer ætsning med HF syreopløsning eller coating med fotoresist 13-15. For at opnå selektiv område kontrol over befugtningsevne Si, er komplekse mønsterdannende trin normalt kræves, herunder behandling i kemiske løsninger 16. Den høje kemiske reaktivitet UV laserstråling er også blevet anvendt til selektiv område proces organiske filmcoatede faste substrater og ændre deres befugtelighed 17. Men en begrænset mængde data er tilgængelig på laser-assisteret modifikation af Si befugtningsevne ved bestråling af prøver nedsænket i forskellige kemiske opløsninger. I vores tidligere forskning, blev UV laser bestråling af III-V halvledere i luft 18-20 og NH3 21 held anvendt til at ændre overfladen kemiske sammensætning af GaAs, InGaAs og InP. Vi konstaterede, at UV laser bestråling af III-V halvledere i deioniseret vand (DI) falder overfladeoxider og carbider, mens vandet adsorberet på halvlederoverfladen øger 22. En stærkt hydrofob Si overflade (CA ~ 103 °) blev opnået ved ArF laserbestråling af Si prøver i methanol i vores nylige arbejde 23. Som angivet ved X-fotoelektronspektroskopi (XPS), dette skyldes primært evne ARF laser til photodissociate CH3OH. Vi har også brugt KrF og ARF lasere til at bestråle Si (001) i en 0,01% H 2 O 2 i DI vand. Dette tillod os at opnå selektiv område dannelsen af ​​super-hydrofil overflade Si (001), kendetegnet ved CA i nærheden af ​​15 °. XPS resultater tyder på, at dette skyldes dannelsen af Si-OH bindinger på den bestrålede overflade 24. En detaljeret beskrivelse af denne nye teknik ved hjælp KrF og ARF lasere til selektiv område situ modifikation af den hydrofile / hydrofobe overflade Si overflade i lav koncentration af H 2 O 2 / H2O og methanolopløsninger er påvist i denne artikel. De oplysninger, der her bør være tilstrækkeligat tillade lignende forsøg, der skal udføres af interesserede forskere.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>fluorescein stained nanospheres</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>F8795</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OptiClear</td>
			<td>National Diagnostics</td>
			<td>OE-101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ArF laser (&#955;=193 nm)</td>
			<td>Lumonics</td>
			<td>pulse master 800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KrF laser (&#955;=248 nm)</td>
			<td>Lumonics</td>
			<td>pulse master 800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XPS</td>
			<td>Kratos Analytical</td>
			<td>AXIS Ultra DLD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescence microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX71</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XPS quantitification software</td>
			<td>CasaXPS</td>
			<td>2.3.15</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

selective area modification of silicon surface wettability by pulsed uv laser irradiation in liquid environment

Befugteligheden af ​​silicium (Si) er en af ​​de vigtige parametre i teknologien af ​​overfladevand funktionalisering af dette materiale og fremstilling af biosensorer enheder. Vi rapporterer om en protokol for at bruge KrF og ARF lasere bestråler Si (001) prøver nedsænket i en væske miljø med lavt antal impulser og arbejder ved moderat lav puls fluenser at fremkalde Si befugteligheden modifikation. Vafler nedsænket i op til 4 timer i en 0,01% H 2 O 2 / H2O-opløsning udviste ikke målelig ændring i deres første kontakt vinkel (CA) ~ 75 °. Men den 500-puls KrF og ARF lasere bestråling af sådanne skiver i et mikrokammer fyldt med 0,01% H 2 O 2 / H2O-opløsning ved 250 og 65 mJ / cm2, henholdsvis er faldet CA til nær 15 °, angiver dannelsen af ​​en super-hydrofil overflade. Dannelsen af ​​OH-termineret Si (001), uden målelig ændring i skivens overflade morfologi, harblevet bekræftet ved røntgen fotoelektronspektroskopi og atomic force mikroskopi målinger. Den selektive område bestrålede prøver blev derefter nedsænket i en biotin-konjugeret fluorescein-farvede nanosfærer opløsning i 2 timer, hvilket resulterer i en vellykket immobilisering af nanokuglerne i ikke-bestrålede område. Dette illustrerer potentialet for fremgangsmåden til selektiv område biofunctionalization og fremstilling af avancerede Si-baserede biosensorer arkitekturer. Vi beskriver også en lignende protokol bestråling af skiver nedsænket i methanol (CH3OH) ved hjælp ArF laser, som fungerer på pulsen fluens på 65 mJ / cm2 og in situ dannelse af en stærkt hydrofob overflade af Si (001) med CA 103 °. XPS resultater indikerer ArF laser induceret dannelse af Si- (OCH3) x forbindelser er ansvarlig for den observerede hydrofobicitet. Der blev imidlertid ikke sådanne forbindelser findes ved XPS på Si overflade bestrålet med KrF-laser i methanol, hvilket visermanglende evne til KrF laser til photodissociate methanol og skabe -OCH3 radikaler.

Disse repræsentative resultater er blevet præsenteret i vores tidligere offentliggjorte arbejde 23,24. Figur 1 viser CA vs N (antal impulser) på websteder bestrålet med KrF-laser ved 250 mJ / cm2 i DI H2O for forskellige koncentrationer af H 2 O 2 / H2O opløsninger (f.eks., 0,01, 0,02, 0,05 og 0,2%). CA falder med stigende pulsantal for alle H 2 O 2 løsninger. Den mindste CA (~ 15 ° C) i 0,02 og 0,01% H2O 2...

Watch this Scientific Journal Video about Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment at JoVE.com

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

Vi rapporterer om en proces med in situ ændring af HF behandlet Si (001) overflade i en hydrofil eller hydrofob tilstand ved at bestråle prøver i mikrofluide kamre fyldt med H 2 O 2 / H 2 O opløsning (0,01% -0,5%) eller methanol-løsninger hjælp pulserende UV-laser af en slægtning lav puls indflydelse.

Selektiv Area Ændring af Silicon overfladebefugtelighed af Pulsed UV laser Bestråling i Liquid Miljø

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Undersøgelse af tidlig Plasma Evolution induceret af ultrakort laserpulser

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

Karakterisering af overflademodifikationer med hvidt lys Interferometry: aktuelle Ion Sputtering, laserablation, og Tribologi Eksperimenter

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Fremstilling af Nano-manipuleret ledende gennemsigtige Oxider af Impuls Laser Deposition

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

Visualisering af High Speed ​​Liquid Jet Impaction på en bevægende Surface

Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

Integration af Light fældefangst Sølv Nanostrukturer i hydrogeneret Mikrokrystallinsk silicium solceller ved Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

Automatisering af Mode Locking i en ikke-lineær polarisering Rotation Fiber Laser via Output polarisationsmålinger

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Spektroskopisk Boundary Layer Undersøgelse under ablative Material Testing i PlasmaTron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

Høj temperatur Fabrikation af nanostrukturerede yttriastabiliseret-Zirconia (YSZ) Stilladser ved<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templatering Xerogeler

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

Orienterende overgang i en flydende krystal udløst af den termodynamiske vækst af grænseflader

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve ...

Quantitative Analysis of Vacuum Induction Melting by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Kvantitativ analyse af vakuum induktion smeltning af Laser induceret nedbrydnings spektroskopi

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves ...